三防喷涂胶

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PCB板三防技术发展

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PCB板三防技术发展

发布日期:2017-11-18 作者:admin 点击:

现代电子装备在实际应用环境中,潮湿、盐雾和霉菌对设备和器材的损害很大,印制电路板(PCB)作为重要的电子部件,是电子装备防护的重点。本文根据电子装备的需要,阐述了PCB常用三防涂料和几种新型三防涂料的优点和应用前景,以及三防工艺技术的发展方向等。


1 前言

电子装备的性能、可靠性与环境有着密切的关系。实验表明,同一装备在野外的故障率为在实验室条件下的两倍,若在高湿热、高盐雾的海上环境其故障率更高。在现代电子设备的使用环境中,潮湿.盐霉和霉菌对电子设备的侵蚀情况比较普遍,电子行业常将产品的防潮湿、防盐雾、防霉菌技术称为“三防”技术。但气候因素和环境条件是非常复杂的,既能互相影响,又能同时作用,从而会加速对设备和器材的损害,因此在考虑电子设备可靠性和稳定性时,要根据不同环境条件采取相应的防护措施。

印制电路板(简称PCB)组件作为电子装备的重要电子部件,须有良好的电参数性能和耐腐蚀性。PCB的防护性能将直接影响系统的电性能,尤其是工作在野外、海上及航空等恶劣环境条件下的电子装备,使用一段时间后,往往因PCB组件表面防护不到位而引起系统故障,如在高湿热、高盐霉下易腐蚀及机载高空低压条件下容易打火等问题,从而对整个电子系统的正常工作产生巨大影响,可见加强对PCB及其组件的表面防护处理,具有相当重要的意义。


2 PCB的三防涂覆

PCB的三防涂覆亦称敷形涂覆,目的是使电路单元在贮存的工作期间能抵抗恶劣环境的影响,达到防潮、防霉、防盐雾腐蚀的目的。并且能够防止由于温度骤然变化,空气中产生“凝雾”而使电路漏导增加,短路甚至击穿。对于工作在高电压下的印制电路板,经涂覆后,可有效地防止导线之间电晕、爬电和击穿,提高产品的可靠性。

2.1 常用三防材料

PCB的三防通常采用涂覆液态涂料的方法进行防护,这种液态涂料通常为各种高分子树脂制成的清漆,通过喷涂、刷涂、浸涂等工艺方法在电路表面形成一层保护膜。但并不是所有的高分子树脂都适用于三防保护,它是一种特种涂料,必须满足以下要求:

(1)  (1)    较好的电性能:tanδ、ε值小,ρV、Es值高;

(2)  (2)    防潮性能好,涂膜具有抗霉、耐盐雾性;

(3)  (3)    机械性能好,对基板及元器件有良好的粘接性和柔韧性,耐冲击性能好;

(4)  (4)涂料应当是聚合型的,聚合温度在70℃、3小时以内;

(5)  (5)工艺可操作性好,表干时间快。

能够达到以上要求的保护涂料按树脂类型可主要分为以下几类:a.丙烯酸树脂类;b.聚氨酯树脂类;c.环氧树脂类;d.改性聚丁二烯类;e.聚酰亚胺类。

表1为常用三防材料的性能对比。

表1 常用PCB三防材料的性能对比


以上涂料为电子装备常用的三防材料,其性能各有优缺点,涂覆在中低频电路上可有效地隔绝湿热、盐雾等恶劣环境的影响,使产品的可靠性大大提高,这些涂料已成为国军标的推荐产品,应用广泛。

2.2 特种三防材料

常规三防材料在中低频电路上能有效地抵御恶劣环境对电路和元器件的影响,但在高频电路、空中平台环境下等设备的精密电路上,由于涂料的涂覆有可能显著改变其电路参数或特性,常规三防材料往往达不到防护要求,这一直是电子装备三防的重点难点,研制选用特

殊的三防材料用于这些以前不三防的“禁区”,可大大提高产品的可靠性和环境适应性,对某些产品三防的好坏还是制约其产品使用的瓶颈。

特种三防材料可分为树脂改性涂料和新树脂涂料。树脂改性涂料是用两种或两种以上的树脂进行共聚,以得到综合性能优良的三防材料。它能够改善单一树脂性能上的某些不足,并赋于其一些原来没有的特性,如丙烯酸改性聚氨酯、改性聚丁二烯等。但是常规树脂改性涂料不能使材料性能显著提高,对于高频电路等的三防仍很难达到要求。

新树脂涂料是近年来通过不断实验和新的工艺手段应用于军用电子装备上的新型涂料,具有常规三防涂料所不具有的—些优异特性和良好的工艺性能,应用于部分高频电路和空中平台等恶劣环境下的防护,效果良好。有机硅树脂涂料、聚对二甲苯(英文名Parylene)等是近年来逐步广泛应用性能优异的三防材料。

2.2.1 有机硅树脂涂料

有机硅树脂涂料是线型聚硅氧烷和硅树脂的嵌段共聚物,具有可室温固化、施工方便的特点。它是一种液态涂料,固化后的涂膜既有橡胶的柔韧性,又有平滑透明的塑性疏水表面,所以又称弹塑性有机硅涂料;它还具有耐温度冲击、高频性能好等优点,可以满足整机高、低频段及混合电路的保护涂覆。

弹塑性有机硅涂料最早由美国Dow Corning公司于20世纪80年代推出,其弹塑性有机硅涂料的电性能优异:体积电阻约为l015Ω·cm,介电常数ε不大于3。0,损耗正切角tanδ约为3×10-3,且ε和tanδ随频率的漂移较小;还具有柔韧性好、硬度低、可焊性好的特点,用于电路板的保护不影响其维修性;表面的疏水性能保护PCB在潮湿环境下不吸潮;弹塑性有机硅涂料也可作为电子器件的封装材料。由于其所具有的独特的优异性能,在美军标中弹塑性有机硅涂料被推荐作为电子设备高频部件及其他电子部件的保护涂料。

在某军事装备中,弹塑性有机硅涂料首次用于计算机插件、部分电路中的BGA集成块管脚的保护,这些部件由于电路精密,过去一直未采取任何三防措施,存在巨大的使用隐患,现用弹塑性有机硅涂料保护,经电性能及环境试验测试,效果良好。弹塑性有机硅涂料可推广使用到各种电子装备的精密电路保护上。

2.2.2 聚对二甲苯(Parylene)

2.2.2.1 Parylene简介

Parylene (派拉纶)是—种三防材料的商品名,它是对二甲苯的聚合物,其涂膜具有高的耐溶剂性和熔点,优异的电绝缘性能和物理机械性能,优良的阻隔性能等特点,其化学结构简式如图1所示:



图1  Parylene化学结构简式

Parylene最早由美国UnionCarbide公司首先推出,与其它一些三防涂料不同,Parylene不溶于多数溶剂,它必须通过化学气相沉积(CVD)的工艺方法得到高分子涂层。Parylene纯度高、致密,它作为电子电路的防护涂层时,厚度达到7~8μm即可达到较好防护效果。由于分子的对称性和极薄均匀的涂层,Parylene的高频性能非常优异,具有稳定的介电常数和极低的损耗因子,在国外Parylene一直是高频微波电子器件不可多得的一种防护涂层材料。

2.2.2.2  Parylene的特点

Parylene的化学气相沉积(CVD)是先将Parylene聚合物加热升华成气体,再经高温裂解成单体,最后在真空室内Parylene单体室温气相沉积在待涂工件上。与传统的涂料相比,Parylene涂层具有以下优点:

(1) 涂覆过程中无需溶剂,涂层致密无针孔;

(2) 作为敷形涂层,CVD能在形状复杂的器件上生成一层连续均匀、较薄的保护涂层,这些涂层有极好的三防性能和温度范围较广的稳定绝缘性,过程操作的可靠性减少了密集工件的复杂性和常规涂层的检测操作。

(3) 器件在室温下涂覆,不会损伤元器件;

(4) 当器件与底材的间隙小于10 u m时,CVD聚合过程可渗透到这一狭小的区域,涂覆器件和底材的相邻部分,而这是常规涂料所无法涂覆到的狭小区域。

(5) 涂层厚度可被精确控。


3 三防施工工艺

3。1 手工施工工艺

传统液态涂料的三防涂覆施工工艺有喷涂、刷涂、浸涂等三种,这几种工艺基本都为手工操作,其操作简单,成本低,对多品种、批量小的整机电子装备现还是主要的操作工艺,但存在环境污染、涂覆效率低、涂层均匀性不易控制等缺点。

3。2 自动施工工艺

随着计算机智能技术的发展,液态涂料的PCB可选择自动化涂覆系统在上世纪九十年代得到开始出现,其涂覆精度高,免涂前掩盖保护,对于批量多、品种少的电子装备,其涂覆效率和涂料应用率大大提高,涂层均匀性好,PCB可选择涂覆系统可融入自动化生产线中。对于一些特殊的三防涂料采用化学气相沉积(CVD)等工艺进行涂覆。


4 结束语

电子装备的三防是提高其可靠性的必要手段,三防技术必须电讯、结构、工艺相互配合,应根据不同的使用环境、电讯参数和结构形式等选择合适的三防材料,既不影响装备的电性能,又能达到较好的防护效果。随着电子装备的不断发展和装备平台的拓展,对PCB的三防来说,常规材料和涂覆工艺已不能适应其发展需要,引进、开发新型的PCB三防材料和涂覆工艺可大大增强电子装备的环境适应性。


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